Cách sử dụng PCB cho IC tản nhiệt gói?

Khía cạnh đầu tiên của thiết kế PCB có thể cải thiện hiệu suất nhiệt là cách bố trí thiết bị PCB. Bất cứ khi nào có thể, các thành phần công suất cao trên PCB nên được tách rời khỏi nhau. Sự tách biệt vật lý này giữa các thành phần công suất cao sẽ tối đa hóa diện tích PCB xung quanh mỗi thành phần công suất cao, do đó giúp dẫn nhiệt tốt hơn. Cần cẩn thận để cách ly các thành phần nhạy cảm với nhiệt độ trên PCB khỏi các thành phần công suất cao. Bất cứ khi nào có thể, vị trí lắp đặt của các thành phần công suất cao phải cách xa các góc của PCB. Vị trí PCB trung tâm hơn có thể tối đa hóa diện tích bo mạch xung quanh các thành phần công suất cao, do đó giúp tản nhiệt. Hình 2 cho thấy hai thiết bị bán dẫn giống hệt nhau: thành phần A và thành phần B. Thành phần A nằm ở góc của PCB và có nhiệt độ tiếp giáp khuôn cao hơn thành phần B 5% vì thành phần B nằm gần phần giữa hơn. Vì diện tích bo mạch xung quanh linh kiện để tản nhiệt nhỏ hơn, nên việc tản nhiệt ở góc của linh kiện A bị hạn chế.

Làm thế nào để sử dụng PCB cho bộ tản nhiệt gói IC?

Khía cạnh thứ hai là cấu trúc của PCB, có ảnh hưởng quyết định nhất đến hiệu suất nhiệt của thiết kế PCB. Nguyên tắc chung là: càng nhiều đồng trong PCB thì hiệu suất nhiệt của các thành phần hệ thống càng cao. Tình huống tản nhiệt lý tưởng cho các thiết bị bán dẫn là chip được gắn trên một miếng đồng lớn làm mát bằng chất lỏng. Đối với hầu hết các ứng dụng, phương pháp lắp này là không thực tế, vì vậy chúng tôi chỉ có thể thực hiện một số thay đổi khác đối với PCB để cải thiện hiệu suất tản nhiệt. Đối với hầu hết các ứng dụng ngày nay, tổng khối lượng của hệ thống tiếp tục thu hẹp, điều này có ảnh hưởng xấu đến hiệu suất tản nhiệt. PCB càng lớn, diện tích có thể được sử dụng để dẫn nhiệt càng lớn và nó cũng có tính linh hoạt cao hơn, cho phép đủ không gian giữa các thành phần công suất cao.

Bất cứ khi nào có thể, hãy tối đa hóa số lượng và độ dày của mặt phẳng đồng PCB. Trọng lượng của đồng lớp đất nói chung là tương đối lớn và nó là một đường dẫn nhiệt tuyệt vời để toàn bộ PCB tản nhiệt. Việc bố trí hệ thống dây điện cho từng lớp cũng sẽ làm tăng tổng tỷ lệ đồng được sử dụng để dẫn nhiệt. Tuy nhiên, hệ thống dây điện này thường được cách ly về điện và nhiệt, điều này làm hạn chế vai trò của nó như một lớp tản nhiệt tiềm năng. Hệ thống dây điện của mặt đất thiết bị phải càng nhiều điện càng tốt với nhiều mặt đất, để giúp dẫn nhiệt tối đa. Quá trình tản nhiệt trên PCB dưới thiết bị bán dẫn giúp nhiệt đi vào các lớp chôn vùi của PCB và dẫn ra mặt sau của bảng mạch.

Để cải thiện hiệu suất tản nhiệt, lớp trên và dưới của PCB là “vị trí vàng”. Sử dụng dây rộng hơn và đặt chúng ra xa các thiết bị công suất lớn để tạo đường dẫn nhiệt cho quá trình tản nhiệt. Bo mạch nhiệt chuyên dụng là một phương pháp tuyệt vời để tản nhiệt cho PCB. Bo mạch nhiệt thường nằm ở phía trên hoặc phía sau của PCB và được kết nối nhiệt với thiết bị thông qua các kết nối đồng trực tiếp hoặc vias nhiệt. Trong trường hợp gói nội tuyến (gói có dây dẫn ở cả hai mặt), loại bảng dẫn nhiệt này có thể nằm trên đỉnh của PCB và có hình dạng giống như “xương chó” (phần giữa hẹp như gói và diện tích cách gói tương đối nhỏ. Lớn, nhỏ ở giữa và lớn ở hai đầu). Trong trường hợp gói bốn cạnh (có dây dẫn ở cả bốn mặt), tấm dẫn nhiệt phải được đặt ở mặt sau của PCB hoặc đi vào PCB.

Làm thế nào để sử dụng PCB cho bộ tản nhiệt gói IC?

Tăng kích thước của bảng nhiệt là một cách tuyệt vời để cải thiện hiệu suất nhiệt của gói PowerPAD. Kích thước tấm dẫn nhiệt khác nhau có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất nhiệt. Bảng dữ liệu sản phẩm được cung cấp dưới dạng bảng thường liệt kê các thông tin về kích thước này. Tuy nhiên, rất khó để định lượng tác động của đồng thêm vào của PCB tùy chỉnh. Sử dụng một số máy tính trực tuyến, người dùng có thể chọn một thiết bị và sau đó thay đổi kích thước của miếng đồng để ước tính tác động của nó đến hiệu suất tản nhiệt của PCB không phải JEDEC. Các công cụ tính toán này làm nổi bật tác động của thiết kế PCB đối với hiệu suất nhiệt. Đối với gói bốn cạnh, diện tích của miếng đệm trên cùng chỉ nhỏ hơn diện tích của miếng đệm tiếp xúc của thiết bị. Trong trường hợp này, lớp chôn hoặc lớp sau là cách đầu tiên để đạt được hiệu quả làm mát tốt hơn. Đối với các gói nội tuyến kép, chúng tôi có thể sử dụng kiểu đệm “xương chó” để tản nhiệt.

Cuối cùng, các hệ thống có PCB lớn hơn cũng có thể được sử dụng để làm mát. Trong trường hợp các vít được kết nối với tấm dẫn nhiệt và mặt phẳng tiếp đất để tản nhiệt, một số vít được sử dụng để gắn PCB cũng có thể trở thành đường dẫn nhiệt hiệu quả đến đế hệ thống. Xem xét hiệu ứng dẫn nhiệt và chi phí, số lượng vít phải là giá trị lớn nhất đạt đến điểm thu hồi vốn giảm dần. Sau khi được kết nối với tấm dẫn nhiệt, tấm gia cố kim loại PCB có nhiều diện tích làm mát hơn. Đối với một số ứng dụng mà PCB được bao phủ bằng vỏ, vật liệu hàn sửa chữa được kiểm soát loại có hiệu suất nhiệt cao hơn so với vỏ được làm mát bằng không khí. Các giải pháp làm mát, chẳng hạn như quạt và tản nhiệt, cũng là những phương pháp phổ biến để làm mát hệ thống, nhưng chúng thường đòi hỏi nhiều không gian hơn hoặc cần sửa đổi thiết kế để tối ưu hóa hiệu quả làm mát.

Để thiết kế một hệ thống có hiệu suất nhiệt cao hơn, việc chọn một thiết bị vi mạch tốt và giải pháp đóng là chưa đủ. Hiệu suất tản nhiệt của IC phụ thuộc vào PCB và khả năng làm mát nhanh chóng của hệ thống tản nhiệt của các thiết bị IC. Bằng cách sử dụng phương pháp làm mát thụ động trên, hiệu suất tản nhiệt của hệ thống có thể được cải thiện đáng kể.